JP6192103B2 - 貯水槽、フラップゲートおよびゲート付堰 - Google Patents

Description

本発明は、貯水槽、フラップゲートおよびゲート付堰に関する。

火力発電所や原子力発電所、製造プラントなどの設備では、機器の冷却媒体や機器を冷却する冷媒を冷却する冷却水などとして、海水や河川の水が使用されている。また、ＬＮＧプラントなどでは、ＬＮＧを気化させる温熱媒体としても海水や河川の水が使用されている。

かかる海水や河川の水（以下、海水等という）を冷却などに使用する場合、配管等を介して、海中や河川から直接ポンプによって海水等を吸い上げることもできる。しかし、ポンプを外海等に設置することによる破損を防止するために、通常は、海水等を建屋内等に設けられている貯水槽に一旦導入し、この貯水槽内からポンプによって海水等を吸い上げることが行われている。具体的には、ポンプの吸引口に一端が接続された配管の他端を貯水槽内の内底面近傍に配置しておき、この状態でポンプを作動させることによって、貯水槽内の海水を吸い上げる構成を採用している。

かかる貯水槽は、海や河川の水面（以下基準水面という）が最も低くなる干潮時などでも、その内底面が基準水面よりも下方に位置するように設置されるのが一般的である。これは、干潮時などでも貯水槽内の水位を一定以上に維持し、配管の他端が常時海水等に浸漬された状態を維持するため、つまり、冷却に使用する海水等の供給を維持するためである。

しかし、上述したように貯水槽が設置されても、海や河川において基準水面が想定よりも低下した場合には、配管の他端が貯水槽内の水面から露出してしまう可能性がある。例えば、地震などによって津波が発生した場合、押し津波の状態と引津波の状態が繰り返されるが、引津波の際には基準水面は通常の干潮時の水位よりも大きく低下し、基準水面が貯水槽内の配管の他端よりも下がってしまう可能性がある。このような状態が生じると、ポンプによる吸水ができなくなり、設備の機器を冷却できなくなってしまう可能性がある。

そして、配管の他端が貯水槽内の水面から露出した場合、ポンプが空引き（キャビテーション）をしてしまう可能性がある。かかる空引きが発生すると、ポンプが破損してしまう可能性がある。ポンプが破損してしまえば、基準水面が貯水槽内の配管の他端よりも高くなって配管の他端が貯水槽内の水面に浸漬される状況になっても、ポンプは吸水できない。つまり、設備の機器を冷却する機能が完全に失われてしまう。

以上のように、わずかな時間でも配管の他端が貯水槽内の水面から露出することは避けなければならないので、基準水面が想定以上に低下した場合でも、貯水槽内の水面が配管の他端よりも上方に位置した状態を維持できるように、貯水槽内の水位の低下を防止する機構を設けることが必要である。とくに、基準水面の水位が回復するまでの一定期間、ポンプの吸水が継続できるように、ある程度の量の水を貯水槽内に貯留できる構造となっていることが望ましい。

例えば、貯水槽内を海や河川側（外部空間）と配管の他端が配置されている側（内部空間）に分離する堰や壁を貯水槽内に設けて、この堰や壁に外部空間と内部空間とを連通遮断できるゲートを設けることが考えられる。かかる構造とすれば、基準水面が低下したときにゲートを閉めれば、基準水面の低下よる内部空間内の水位の低下を防止できる。一方、基準水面が上昇したときにゲートを開ければ、内部空間に再び海水等を供給することができる。

しかし、基準水面を監視してゲートの開閉を制御する場合、基準水面の水位を検出するセンサーを設け、このセンサーの信号に基づいて、ゲート作動装置（シリンダやモータ等）によりゲートを開閉させることになるので、ゲートの構造が複雑になる。
しかも、地震等による津波の際には、押し津波の状態と引津波の状態が繰り返されることになり、基準水位が周期的に変動する。すると、基準水位の変動に合わせて、頻繁にゲートを開閉させなければならず、ゲートを適切に開閉できない可能性がある。
そして、センサーやゲート作動装置は緊急時に使用するものであるので、正常に作動することを常時確認しておかなければならず、そのメンテナンスや管理が大変である。

一方、特別なゲート作動装置やセンサーを利用することなく、フラップ前後の水位差により自動でフラップを作動させる技術が開発されている（特許文献１、２）。

特許文献１の技術は、河川と海とを仕切る防波堤に設けられるフラップゲートに関する技術であり、フラップが海側に揺動するとゲートが開き、フラップが河川側に揺動するとゲートが閉じるようになっている。かかる構成であるので、河川側の水位が海面よりも高い場合にはフラップが海側に揺動してゲートが開くから、河川側から海に水を流すことができる。一方、海面が河川側の水位よりも高い場合にはフラップが河川側に揺動してゲートを閉じるので、海から河川側に海水が流れないようにすることができる。

また、特許文献２には、隣接する水路間に設けるフラップゲートが開示されている。このフラップゲートは、浮力発生手段を設けたフラップを備えており、このフラップは一方の水路内に配置されている。このため、一方の水路の水位が浮力発生手段の位置よりも高くなり、しかも、一方の水路の水位と他方の水路の水位差が一定より小さくなると、浮力発生手段の浮力によってフラップが上方に揺動するので、ゲートを開くことができる。一方、一方の水路の水位が浮力発生手段の位置よりも低くなると、フラップが下方に揺動するので、ゲートを閉じることができる。

以上のように、特許文献１、２の技術では、ゲートを作動させるゲート作動装置やセンサーを使用しなくても、ゲート前後の水位差だけでフラップを揺動させてゲートを開閉させることができる。したがって、特許文献１、２の技術を上述した貯水槽に採用すれば、構造を簡素化できメンテナンスが容易なゲートを備えた貯水槽を形成することができる可能性がある。

特開平１１−６１７８５号公報 特開２０１１−１６１９号公報

しかるに、特許文献１、２の技術の場合、フラップが上方に揺動してゲートが開く構造となっているので、ゲートが開いた状態からゲートを閉じるには、ゲート前後の水位が同等程度とならければならない。このため、特許文献１、２の技術を上述した貯水槽に使用した場合には、外部空間と内部空間の水位が同等となるまでは、ゲートを閉じることができない。すると、基準水面の低下に伴って外部空間の水位が低下すれば、ゲートは閉じるものの、ゲートが閉じたタイミングにおける内部空間には、ぜいぜいゲートの高さまでの水しか貯留されない。つまり、ゲートが閉じても内部空間に貯留される水の量が少ないので、基準水面が上昇して内部空間に海水等が供給される状態となるまでに、内部空間内の水をポンプが吸い上げてしまい、水切れ（ポンプが吸水できない状況）が生じる可能性がある。

もちろん、ゲートの位置（つまり開口の位置）を高くすれば、ゲートが閉じるタイミングにおいて内部空間に貯留される水量を多くできるので、水切れが生じる可能性は低くなる。しかし、ゲートの位置を高くすると、基準水面が上昇しても、内部空間に水を供給できる状態（基準水面がゲートの位置以上となる状態）となるまでに時間がかかる。すると、津波のように、押し津波と引津波が繰り返すような場合（つまり、水位が周期的に変動する場合）には、押し津波となっても、基準水面がゲートの位置以上となっている時間が短くなり、押し津波の際に十分な量の水を内部空間内に供給できない可能性がある。すると、ゲートの位置を高くしてゲートが閉じるタイミングにおいて内部空間に貯留される水量を多くしても、ゲートが閉じている期間にポンプが吸い上げる水の量が押し津波の際に内部空間に供給される水の量を上回った場合には、水切れが生じる可能性がある。

以上のごとく、現状では、内底面を基準水面よりも低くした貯水槽において、基準水面の大幅な低下が生じた場合に内部空間の水切れを防ぐことができ、しかも、メンテナンス性に優れたものは存在しておらず、かかる貯水槽が求められている。

本発明は上記事情に鑑み、基準水面の大幅な低下が生じた場合でも水切れを防ぐことができ、しかも、メンテナンス性に優れた貯水槽、かかる貯水槽に適したフラップゲート、およびかかるフラップゲートを備えたゲート付堰を提供することを目的とする。

（貯水槽）
第１発明の貯水槽は、水を貯留し得る貯留空間を有し、該貯留空間内を分離する分離壁を備えた貯水槽であって、該分離壁には、前記分離壁によって分離される一方の空間と他方の空間を連通する開口が形成されており、該分離壁は、上端が該分離壁に接近し鉛直方向に対して前記一方の空間側に傾いた状態で前記開口を閉じる遮断状態と、上端が前記分離壁から離れるように前記一方の空間側に揺動し前記開口を開く連通状態と、の間で揺動可能であるフラップを備えており、該フラップは、その揺動中心が、該フラップの上端部と下端部との間であって該フラップの下端側に位置しかつ前記開口の上端部と下端部との間に位置するように配設されており、その揺動中心より下方部分の重量がその揺動中心より上方部分の重量よりも重くなっており、前記一方の空間内の水位が前記他方の空間内の水位と同等以下の場合には前記連通状態に維持され、前記一方の空間から前記他方の空間に向かう水流が発生すると前記遮断状態となるように設けられていることを特徴とする。
第２発明の貯水槽は、第１発明において、前記フラップは、前記連通状態において、水平方向に対して上傾した状態となるように設けられていることを特徴とする。
第３発明の貯水槽は、第１または第２発明において、前記貯水槽は、前記貯留空間における前記一方の空間が海中に連通されており、前記他方の空間が該他方の空間から外部に水を排出する排水手段の排水口と連通されていることを特徴とする。
第４発明の貯水槽は、第１、第２または第３発明において、前記貯水槽は、前記分離壁における前記開口の上部に設けられた作動確認機構を備えており、該作動確認機構は、前記フラップに連結離脱可能な連結部と、該連結部を前記分離壁の開口に向けて引っ張る引張手段と、該連結部を前記分離壁の開口から離間する方向に付勢する付勢手段と、を備えていることを特徴とする。
（フラップゲート）
第５発明のフラップゲートは、液体が収容される一対の空間を連通する開口を連通遮断するゲートであって、該ゲートが、上端が前記開口に接近し鉛直方向に対して前記一対の空間の一方の空間側に傾いた状態で前記開口を閉じる遮断状態と、上端が前記開口から離れるように前記一方の空間側に揺動し前記開口を開く連通状態と、の間で揺動可能であるフラップを備えており、該フラップは、その揺動中心が、該フラップの上端部と下端部との間であって該フラップの下端側に位置しかつ前記開口の上端部と下端部との間に位置するように配設されており、その揺動中心より下方部分の重量がその揺動中心より上方部分の重量よりも重くなっており、前記一方の空間内の液位が他方の空間内の液位と同等以下の場合には前記連通状態に維持され、前記一方の空間から前記他方の空間に向かう液体の流れが発生すると前記遮断状態となるように設けられていることを特徴とする。
第６発明のフラップゲートは、第５発明において、前記フラップは、前記連通状態において、水平方向に対して上傾した状態となるように設けられていることを特徴とする。
第７発明のフラップゲートは、第５または第６発明において、前記開口の上部に設置される作動確認機構を備えており、該作動確認機構は、前記フラップに連結離脱可能な連結部と、該連結部を前記開口に向けて引っ張る引張手段と、該連結部を前記開口から離間する方向に付勢する付勢手段と、を備えていることを特徴とする。
（ゲート付堰）
第８発明のゲート付堰は、開口が形成された本体部と、該本体部の開口に設けられたフラップゲートと、を備えており、該フラップゲートが、第５、第６または第７発明に記載のフラップゲートである
ことを特徴とする。

（貯水槽）
第１発明によれば、一方の空間内の水位が他方の空間内の水位と同等以下の場合には、開口を通して、一方の空間と他方の空間とが連通した状態に維持される。すると、両空間内の水位差などによって、他方の空間内の水を一方の空間に供給することができる。一方、他方の空間内の水が減少する等の原因により、一方の空間から他方の空間に向かって流れる水流が形成されると、その水流に起因してフラップが揺動し、フラップが遮断状態となる。すると、フラップによって開口が閉じられ一方の空間と他方の空間を分離することができるから、他方の空間内の水が減少した際に、一方の空間内に一定以上の水が貯留された状態とすることができる。しかも、一方の空間から他方の空間に向かって流れる水流が形成されればフラップが遮断状態となるように作動するので、開口の位置に係わらず、水流が形成されたタイミングにおいて一方の空間内に貯留されていた水を一方の空間内にほぼそのまま貯留することができる。また、両空間内の水位差に起因する水流によって、フラップが自動で揺動するので、フラップの作動を制御する必要がない。つまり、フラップを作動させる装置やセンサーなどを設ける必要がないので、貯水槽の構造を簡素化できる。また、重力に起因してフラップに加わる揺動中心周りの回転モーメントを適切な状態とすることができるので、一方の空間から他方の空間に向かう水流が形成されたときに、連通状態から遮断状態にフラップをスムースに揺動させることができる。しかも、一方の空間から他方の空間に向かう水流が形成されていない状態において、フラップを連通状態で維持しやすくなる。そして、他方の空間内の水がなくなった状態でも、水頭差によってフラップが開くことを防ぐことができる。
第２発明によれば、一方の空間から他方の空間に向かう水流が形成された際に、遮断状態となるようにフラップを揺動させやすくなる。
第３発明によれば、津波の引津波が発生した場合に、フラップが遮断状態となれば、引津波が発生したタイミングにおいて一方の空間内に貯留されていた水をほぼそのまま一方の空間内に貯留することができる。しかも、押し津波が発生すればフラップが連通状態となり、一方の空間内に水を供給することができるから、フラップが遮断状態となっている間に減少した水を、押し津波の際に一方の空間に補給できる。したがって、津波による引津波が発生しても、排水手段の排水口が露出することを防止することができ、排水手段による排水（つまり外部への吸水）を継続することができる。
第４発明によれば、連結部をフラップに連結して、引張手段によって連結部を分離壁の開口に向けて引っ張れば、フラップが分離壁の開口に向かって揺動するか否かを確認することができる。また、連結部を分離壁の開口に向けて引っ張った状態から引っ張る力を除去すれば、付勢手段によって連結部を分離壁の開口から離間する方向に付勢することができるので、フラップが分離壁の開口から離間する方向に向かって揺動するか否かを確認することができる。つまり、作動確認機構を設けておけば、連結部をフラップに連結して引張手段によって連結部を引っ張るだけでフラップが作動するか否かを確認することができるので、フラップの作動確認を容易にすることができる。
（フラップゲート）
第５発明によれば、一方の空間内の液位が他方の空間内の液位と同等以下の場合には開口を通して、一方の空間と他方の空間とが連通した状態に維持される。すると、両空間内の液位差などによって、他方の空間から一方の空間に液体を供給することができる。一方、他方の空間内の液位が低下する等の原因により、一方の空間から他方の空間に向かう液体の流れが形成されると、その液体の流れに起因してフラップが揺動し、フラップが遮断状態となる。すると、フラップによって開口が閉じられ、一方の空間と他方の空間を分離することができるから、他方の空間内の液位が低下した際に、一方の空間内の液位を、液体の流れが形成されたタイミングの状態に維持できる。また、両空間内の液位差に起因する液体の流れによってフラップが自動で揺動するので、フラップの作動を制御する必要がない。つまり、フラップを作動させる装置やセンサーなどを設ける必要がないので、ゲートの構造を簡素化できる。また、重力に起因してフラップに加わる揺動中心周りの回転モーメントを適切な状態とすることができるので、一方の空間から他方の空間に向かう水流が形成されたときに、連通状態から遮断状態にフラップをスムースに揺動させることができる。しかも、一方の空間から他方の空間に向かう水流が形成されていない状態において、フラップを連通状態で維持しやすくなる。そして、他方の空間内の水がなくなった状態でも、水頭差によってフラップが開くことを防ぐことができる。
第６発明によれば、一方の空間から他方の空間に向かう液体の流れが形成された際に、遮断状態となるようにフラップを揺動させやすくなる。
第７発明によれば、連結部をフラップに連結して、引張手段によって連結部を開口に向けて引っ張れば、フラップが開口に向かって揺動するか否かを確認することができる。また、連結部を開口に向けて引っ張った状態から引っ張る力を除去すれば、付勢手段によって連結部を開口から離間する方向に付勢することができるので、フラップが開口から離間する方向に向かって揺動するか否かを確認することができる。つまり、作動確認機構を設けておけば、連結部をフラップに連結して引張手段によって連結部を引っ張るだけでフラップが作動するか否かを確認することができるので、フラップの作動確認を容易にすることができる。
（ゲート付堰）
第８発明によれば、本体部を液体が収容される空間に設置して、その空間を本体部によって分離すれば、開口を介して分離された空間間を移動する液体の流れを制御することができる。

フラップ１０を有する分離壁２を備えた本実施形態の貯水槽１の概略説明図である。 フラップ１０の作動状況の概略説明図であり、（Ａ）は連通状態であり、（Ｂ）は遮断状態である。 フラップ１０の単体説明図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。 分離壁２に作動確認機構２０を備えた状態の概略説明図である。 実施例の計算結果を示したグラフである。

本発明の貯水槽は、火力発電所や原子力発電所、製造プラントなどの設備において、海水や河川の水を取水する際に使用される貯水槽であって、津波等に起因して海や河川の水面が低下した場合でも、水の取水を継続できるようにしたことに特徴を有している。

なお、本発明の貯水槽は、上述したような設備の取水に使用される貯水槽に限られず、その用途はとくに限定されない。
また、本発明の貯水槽に設けられるフラップゲートの用途もとくに限定されない。例えば、防潮堤に設置し、押津波到来時には人手を介することなく通路を閉止する装置としても使用できる。

以下では、本発明の貯水槽に海水を取り入れて、貯水槽内の海水をポンプによって吸い上げて設備の各種機器の冷却に使用する場合を説明する。以下の説明におけるポンプが、特許請求の範囲にいう排水手段に相当する。

（本実施形態の貯水槽１）
つぎに、本実施形態の貯水槽１を図面に基づき説明する。
まず、本実施形態の貯水槽１の基本的な構成およびその機能を説明する。

図１において、符号１は本実施形態の貯水槽を示している。この貯水槽１は、内部に中空な空間である貯留空間１ｈを備えており、この貯留空間１ｈ内に海水を貯留することができるようになっている。
この貯留空間１ｈには、図１に示すように、排水配管Ｐの一端（吸水端）が浸漬されている。この排水配管Ｐの他端はポンプの吸水口に接続されており、ポンプを作動することによって、貯留空間１ｈ内の海水が吸い上げられて設備の各種機器に搬送され、各種機器の冷却に使用されるようになっている。

一方、この貯水槽１には、外部の水源、つまり、海から海水を取り入れるための取水口１ｉが設けられている。この取水口１ｉは、取水配管などを介して海中に連通されている。つまり、取水配管と取水口１ｉを通して、海水が貯水槽１の貯留空間１ｈ内に供給されるのである。

しかも、図１に示すように、貯水槽１は、その内底面ｂが海面ＷＬ（以下基準水面ＷＬという）よりも低い位置となるように設けられている。より詳しくは、潮の満引きに起因する基準水面ＷＬの変動が生じても、常時、基準水面ＷＬよりも内底面ｂが低くなるように、貯水槽１は設けられる。具体的には、貯水槽１は、内底面ｂが干潮時の基準水面ＷＬ（最低水面）よりも低くなるように設けられる。

このため、ポンプによって貯留空間１ｈ内の海水が外部に排出されても、貯留空間１ｈ内の水面Ｗが基準水面ＷＬと一致した状態となるように、取水配管と取水口１ｉを通して、貯留空間１ｈに海水を供給することができる。つまり、ポンプによって貯留空間１ｈ内の海水を外部に排出しても、貯留空間１ｈの水位を基準水面ＷＬと同等のレベルに維持することができる。

そして、排水配管Ｐの吸水端を、干潮時の基準水面ＷＬ（最低水面）よりも低い位置、つまり、最低水面でも排水配管Ｐの吸水端が水面下に位置するように配設しておく。すると、潮の満引きに起因する基準水面ＷＬの変動が生じても、常に、設備に対して冷却水を供給することができるようにすることができる。

なお、取水口１ｉに接続されている取水配管の他端、つまり、取水配管における海中に配置される端部（取水端）を配置する高さはとくに限定されない。しかし、配管の取水端は、通常、貯水槽１の内底面ｂよりも低い位置に配置される。これは、より深い位置の海水（温度の低い海水）を使用することで設備等を冷却する効果を高めるとともに、基準水面ＷＬが低下した際に、取水端が基準水面ＷＬ上に露出して海水を取水できなくなることを防ぐためである。

つぎに、本実施形態の貯水槽１の特徴的な構成を説明する。

（分離壁２）
図１に示すように、本実施形態の貯水槽１には、貯留空間１ｈ内を２つの空間に分離する分離壁２が設けられている。具体的には、分離壁２によって、貯留空間１ｈは、取水口１ｉが設けられている側の空間（供給空間１ａ）と、排水配管Ｐの吸水端が設けられている側の空間（排水空間１ｂ）と、に分離されている。

図１に示すように、分離壁２には、開口２ｈが設けられている。この開口２ｈは、分離壁２を貫通し供給空間１ａと排水空間１ｂを連通する貫通孔である。つまり、取水口１ｉから貯留空間１ｈの供給空間１ａに流入した海水は、開口２ｈを通って、供給空間１ａから排水空間１ｂに供給されるのである。

この開口２ｈは、断面略矩形に形成されており、その内面にはその内周に沿って突起状のシール部２ｓが設けられている。このシール部２ｓは、後述するフラップ１０における本体１１のブラケット１２と接触する部分であるが、詳細は後述する。

なお、開口２ｈを設ける高さはとくに限定されない。しかし、供給空間１ａに流入した海水を排水空間１ｂに供給しやすくする上では、分離壁２の下部、つまり、貯水槽１の内底面ｂに近い位置に配設することが望ましい。本実施形態の貯水槽１では、開口２ｈを貯水槽１の内底面ｂに近い位置に配設しても、この開口２ｈに後述するフラップ１０が設けられているので、フラップ１０を閉じた際に、排水空間１ｂに十分な量の水を貯留することができる。

また、分離壁２の高さはとくに限定されないが、供給空間１ａ内の水位低下によりフラップ１０が閉じた時に、排水空間１ｂが所定の量の水を貯留できる程度の容積となる高さであればよい。例えば、フラップ１０が閉じてから供給空間１ａ内の水位が回復するまでの間、排水空間１ｂ内に、排水配管Ｐの吸水端を海水に浸漬した状態に維持できる程度の水を貯留しておける容積を有していることが望ましい。

さらに、分離壁２の高さを調整すれば、基準水面ＷＬが高くなったときには、分離壁２を越える形で海水を供給空間１ａから排水空間１ｂに供給することも可能である。例えば、分離壁２の高さを干潮時の基準水面ＷＬよりわずかに低くなるようにしておけば、干潮時以外は、分離壁２の開口２ｈだけでなく、分離壁２を越える形で海水を供給空間１ａから排水空間１ｂに供給する状態とすることができる。

（フラップ１０）
図１および図２に示すように、分離壁２には、開口２ｈを開閉するフラップ１０が設けられている。このフラップ１０は、開口２ｈと略相似形に形成されており、分離壁２に対して揺動可能に取り付けられている。具体的には、フラップ１０が揺動してほぼ鉛直状態となると開口２ｈが閉じられ（図２（Ｂ）参照）、フラップ１０が揺動して上端が開口２ｈから離間すると開口２ｈが開く（図２（Ａ）参照）ように、フラップ１０は分離壁２に取り付けられている。

そして、このフラップ１０は、供給空間１ａと排水空間１ｂの水位差および、供給空間１ａと排水空間１ｂとの間の水流の方向によって、自動的に開口２ｈを開閉するように設けられているのである。
以下、かかる機能を有するフラップ１０について、詳細に説明する。

図１〜図３に示すように、フラップ１０は、略箱状に形成された本体１１と、ブラケット部１２と、一対の揺動軸１３，１３と、を備えている。

まず、一対の揺動軸１３，１３は、本体１１の側面に互いに同軸となるように設けられている。この一対の揺動軸１３，１３は、分離壁２の開口２ｈの内面に回転可能に取り付けられている。具体的には、一対の揺動軸１３，１３は、その中心軸（揺動軸）が水平となるように分離壁２の開口２ｈの内面に取り付けられている。

このため、フラップ１０は、分離壁２に対して一対の揺動軸１３，１３の中心軸周りに揺動することができる。つまり、フラップ１０は水平な揺動軸周りに揺動することができるので、フラップ１０を、ほぼ鉛直状態（遮断状態）と、開口２ｈから離間した状態（連通状態）と、の間で揺動させることができるのである。なお、この一対の揺動軸１３，１３の中心軸が、特許請求の範囲にいう揺動中心に相当する。

図３（Ａ）に示すように、フラップ１０の本体１１は、正面視で略長方形状に形成されている。この本体１１は、正面視では、開口２ｈと略相似形であるが、開口２ｈよりも小さくなるように形成されている。具体的には、開口２ｈの内面に設けられているシール部２ｓの内端面で形成される開口（以下シール部開口Ｓｈという）よりも若干小さくなるように形成されている（図３参照）。つまり、本体１１は、シール部開口Ｓｈ内に収容しうる程度の大きさに形成されているのである。

フラップ１０の本体１１の側面には、この側面に沿って板状のブラケット部１２が設けられている。この板状のブラケット部１２は、その表面が本体１１の表面とほぼ平行となるように形成されている。このブラケット部１２の外径は、シール部開口Ｓｈよりも大きく、開口２ｈよりは若干小さくなるように形成されている。

このため、フラップ１０が揺動して遮断状態となると、本体１１はシール部開口Ｓｈ内に配置される一方、ブラケット部１２は、その表面がシール部２ｓの表面に接触する状態となる。すると、ブラケット部１２の表面とシール部２ｓの表面の接触によって、シール部２ｓの両側、言い換えれば、開口２ｈの両側がフラップ１０によって遮断される。つまり、フラップ１０によって開口２ｈを閉じることができるので、供給空間１ａと排水空間１ｂとの間をフラップ１０によって遮断することができるのである。

なお、ブラケット部１２の表面またはシール部２ｓの表面のいずれか一方にゴム板などのシール部材Ｓｇを設けておくことが好ましい（図４参照）。すると、ブラケット部１２の表面とシール部２ｓの表面が接触したときに、接触部分のシール性を高めることができ、フラップ１０によって開口２ｈをほぼ液密性に閉じることができる。

例えば、図３に示すような構造を有するフラップ１０の場合、遮断状態において、一対の揺動軸１３，１３より上方に位置するブラケット部１２の表面はシール部２ｓの排水空間１ｂ側の面に接触する（図２（Ｂ）参照）。逆に、一対の揺動軸１３，１３より下方に位置するブラケット部１２の表面はシール部２ｓの供給空間１ａ側の面に接触する（図２（Ｂ）参照）。したがって、シール部２ｓにおいて、一対の揺動軸１３，１３より上方の部分ではシール部材Ｓｇを排水空間１ｂ側の面に設け、一対の揺動軸１３，１３より下方の部分ではシール部材Ｓｇを供給空間１ａ側の面に設ければ、フラップ１０によって開口２ｈを液密性に閉じる効果を高めることができる（図２参照）。

また、一対の揺動軸１３，１３は、フラップ１０の本体１１の側面に設けられているが、その中心軸は、本体１１の上下方向の中間よりも下方に位置するように設けられている。
一方、開口２ｈのシール部２ｓは、遮断状態において、フラップ１０の中心面（フラップ１０を厚さ方向において二等分する面）が、若干、排水空間１ｂ側に傾いた状態となるように設けられている。

かかる構成となっているので、フラップ１０には、遮断状態となっていても、その先端部を下方に揺動させようとする力が加わる。このため、フラップ１０に対して開口２ｈに向けて押すような力を加えなければ、フラップ１０は、遮断状態からでも、排水空間１ｂ側に傾くように揺動する。つまり、フラップ１０は、その上端を上方に揺動させる力（例えば浮力や水流など）が加わっていない状態では、上端が排水空間１ｂ側に揺動した状態、言い換えれば、開口２ｈを開口する連通状態となるのである。

（本実施形態の貯水槽１の作用）
つぎに、以上のごとき構造を有する本実施形態の貯水槽１の作用効果を説明する。

まず、取水口１ｉを通して、貯留空間１ｈの供給空間１ａに海水を導入すれば、貯留空間１ｈ内（供給空間１ａおよび排水空間１ｂ）に基準水面ＷＬと同じ高さまで海水を貯留することができる。そして、ポンプによって排水空間１ｂ内の海水を外部に排出すると、排出された量と同量の海水が、分離壁２の開口２ｈを通して、供給空間１ａから排水空間１ｂに供給される。同時に、排水空間１ｂに供給した海水と同量の海水が、取水口１ｉを通して供給空間１ａに供給される。したがって、ポンプによって排水空間１ｂ内の海水を外部に排出しても、貯留空間１ｈ内（供給空間１ａおよび排水空間１ｂ）は基準水面ＷＬと同じ高さに維持される。このとき、フラップ１０は連通状態になっているので、フラップ１０によって分離壁２の開口２ｈを通る海水の流れは阻害されない。

一方、津波の引津波などの影響により基準水面ＷＬが貯留空間１ｈ内の水位よりも低下すると、取水口１ｉを通して、供給空間１ａ内から海水が外部に排出される。この場合、貯留空間１ｈ内では、排水空間１ｂから供給空間１ａに向かう水流が発生し、分離壁２の開口２ｈを通して、排水空間１ｂから供給空間１ａに向かう水流も生じる。このとき、この水流に起因して、フラップ１０を開口２ｈ（つまり分離壁２）に向かって押すように水圧が加わるので、フラップ１０は連通状態から遮断状態となるように揺動する。そして、フラップ１０が遮断状態となれば分離壁２の開口２ｈは液密に閉じられた状態となるので、分離壁２によって、排水空間１ｂが供給空間１ａから液密に分離された状態となる。つまり、フラップ１０が遮断状態となった時点（排水空間１ｂから供給空間１ａに向かう水流が形成されたタイミング）において排水空間１ｂ内に貯留されていた海水を、排水空間１ｂ内にほぼそのまま保持することができる。すると、基準水面ＷＬが低下しても、排水空間１ｂ内に貯留されている海水をポンプによって外部に排出する作業を継続することができるので、引津波などが発生しても、海水を利用した冷却などの作業を継続することができる。

ポンプによって海水を外部に排出する作業を継続すると、排水空間１ｂ内の海水の量が減少し、排水空間１ｂ内の水位も低下する。しかし、基準水面ＷＬが上昇すると、供給空間１ａの水位が上昇し、排水空間１ｂ内の水位よりも高くなる。すると、フラップ１０は、自重や供給空間１ａと排水空間１ｂの水位差によって、遮断状態から連通状態となるように揺動する。すると、分離壁２の開口２ｈが開かれるので、供給空間１ａから排水空間１ｂに海水が供給され、排水空間１ｂの水位は供給空間１ａと同じ水位まで上昇し、やがて、貯留空間１ｈ内全体の水位が基準水面ＷＬとなる。

以上のごとく、本実施形態の貯水槽１では、引津波などの影響によって基準水面ＷＬが大きく低下した場合には、フラップ１０によって分離壁２の開口２ｈを閉じて、排水空間１ｂに一定以上の量の海水を貯留できる。しかも、排水空間１ｂから供給空間１ａに向かって流れる水流が形成されればフラップ１０がスムースに遮断状態となるように作動する。このため、水流が形成されたタイミングにおいて排水空間１ｂ内に貯留されていた海水を、排水空間１ｂ内にほぼそのまま貯留することができる。つまり、引津波などが発生した場合において、分離壁２の開口２ｈが設けられている位置（高さ）に係わらず、十分な量の海水を排水空間１ｂ内に貯留することができるので、引津波などが発生しても、排水空間１ｂ内の海水を利用した設備等の冷却を継続することができる。

また、供給空間１ａと排水空間１ｂの水位差に起因する水流によって、フラップ１０が自動で揺動するので、フラップ１０の作動を制御する必要がない。つまり、フラップ１０を作動させる装置やセンサーなどを設ける必要がないので、貯水槽１の構造を簡素化できる。

（フラップ１０について）
なお、遮断状態において、フラップ１０の中心面が鉛直面に対してなす角度θ１（以下単に角度θ１という）は、とくに限定されない。フラップ１０の上端を上方に揺動させる力が加わっていない状態において、フラップ１０を排水空間１ｂ側に揺動させることができる程度であればよい。しかし、遮断状態から連通状態にフラップ１０をスムースに揺動させる上では、角度θ１は、２〜６度が好ましく、２〜４度がより好ましい。

また、フラップ１０を連通状態に維持するだけであれば、フラップ１０は、その先端部の重量が大きい方が好ましい。しかし、上述したように、フラップ１０は、引津波が発生した場合などのように、排水空間１ｂ側から供給空間１ａ側に向かう水流が発生すると、連通状態から遮断状態となるように揺動しなければならない。つまり、水流に起因する付勢力だけで、フラップ１０の上端を下方に揺動させる力に対抗して、フラップ１０を連通状態から遮断状態となるように、フラップ１０の上端を上方に揺動させることができなければならない。

このため、フラップ１０は、一対の揺動軸１３，１３よりも下方の部分の長さＬ１よりも一対の揺動軸１３，１３よりも上方の部分の長さＬ２の方が長いにも係わらず、一対の揺動軸１３，１３よりも下方の部分の重量が一対の揺動軸１３，１３よりも上方の部分の重量よりも若干重くなるように形成されている。かかる構造とすると、重力に起因してフラップ１０に加わる一対の揺動軸１３，１３周りの回転モーメントを適切な状態とすることができるので、排水空間１ｂから供給空間１ａに向かう水流が形成されたときに、連通状態から遮断状態にフラップ１０をスムースに揺動させることができる。例えば、長さＬ１を３５０ｍｍ、長さＬ２を７００ｍｍとし、下方の部分の重量を１１０ｋｇ、上方の部分の重量を９０ｋｇ、とすれば、フラップ１０をスムースに揺動させることができる。

また、フラップ１０は、その下端に一対の軸１３，１３を設けた構造とすることも可能であるが、上述したように、一対の軸１３，１３を、フラップ１０の上端と下端の間に位置するように設けることが望ましい。言い換えれば、フラップ１０は、一対の軸１３，１３の上方部分と下方部分に、それぞれ水圧を受ける部分を有するような構造となっていることが望ましい。かかる構成とすると、フラップ１０が遮断状態となった後、供給空間１ａ内の海水が完全になくなった場合でも、フラップ１０における一対の軸１３，１３の上方部分と下方部分に加わる水頭差によってフラップ１０を遮断状態に維持しておくことができる。

さらに、排水空間１ｂ側から供給空間１ａ側に向かう水流が発生した際に、フラップ１０をスムースに連通状態から遮断状態に揺動させることができるのであれば、連通状態において、フラップ１０の中心面が水平面に対してなす角度θ２（以下単に角度θ２という）の大きさはとくに限定されない。しかし、角度θ２が小さすぎると、上記水流が発生しても、フラップ１０がスムースに連通状態から遮断状態に揺動しない可能性がある。したがって、上記水流が発生した際に、フラップ１０をスムースに連通状態から遮断状態に揺動させる上では、連通状態における角度θ２はあまり小さくないほうがよい。例えば、上記水流が形成されたときに、フラップ１０をスムースに揺動させる上では、角度θ２は、３５度以上が好ましく、４０度以上がより好ましく、４５度以上がさらに好ましい。

一方、連通状態において、開口２ｈを通過して排水空間１ｂから供給空間１ａにスムースに水を供給する（言い換えれば、開口２ｈを通過する水流の流量を多くする）上では、角度θ２はできるだけ小さい方が好ましい。

したがって、排水空間１ｂ側から供給空間１ａ側に向かう水流が発生した際に連通状態から遮断状態にフラップ１０をスムースに揺動させることができ、しかも、連通状態において供給空間１ａから排水空間１ｂにスムースに水を供給する上では、角度θ２は、３５〜５０度が好ましく、４０〜４５度がより好ましい。

（揺動規制部材１５）
連通状態において、フラップ１０は、一定の角度以上搖動しないようにその揺動が規制されていることが望ましい。このようにフラップ１０の揺動を規制する方法はとくに限定されないが、例えば、以下のごとき揺動規制部材１５を設けて、フラップ１０の揺動を規制することができる。

図２に示すように、分離壁２における排水空間１ｂ側の表面には、分離壁２に立設された揺動規制部材１５が設けられている。この揺動規制部材１５には、フラップ１０が排水空間１ｂ側に揺動したときに、フラップ１０の揺動角度が所定の角度（例えば角度θ２）となると、フラップ１０の本体部１１と接触するように配設されている。かかる揺動規制部材１５を設ければ、フラップ１０が排水空間１ｂ側に搖動しても、揺動規制部材１５の位置までしか揺動できない。すると、上記水流が形成された際に、フラップ１０をスムースに連通状態から遮断状態に揺動させることができる。揺動規制部材１５とフラップ１０の本体部１１が接触する部分の構造はとくに限定されない。例えば、図２に示すように、水平に対して傾いた支持面１５ａ（具体的には、分離壁２から離間する方向に沿って上傾するように設けられた支持面１５ａ）を設けて、支持面１５ａがフラップ１０の本体部１１の表面と面接触するようにしてもよい。

（開口２ｈの数）
フラップ１０を設けた開口２ｈは分離壁２に一箇所だけ設けてもよいが、複数箇所設けることが望ましい。開口２ｈを複数箇所設ければ、万が一、一の開口２ｈに設けられたフラップ１０が遮断状態で開かなくなった場合でも、他の開口に設けられたフラップ１０は連通状態とすることができる。つまり、他の開口２ｈによって、供給空間１ａと排水空間１ｂを連通状態とすることができる。すると、供給空間１ａの水位が低下してフラップ１０が遮断状態となった後、供給空間１ａの水位が復帰したときに、一の開口２ｈに設けられたフラップ１０が故障して揺動しなくなっても、供給空間１ａから排水空間１ｂに水を供給できる。

（ゲート付堰）
上記例では、分離壁２が貯水槽１に固定されている場合を説明したが、分離壁２は、貯水槽１に対して着脱可能に設けられていてもよい。言い換えれば、貯水槽１に対して着脱可能なゲート付堰を、分離壁２として使用してもよい。つまり、開口が形成された本体部とこの開口に上述したフラップ１０が設けられた堰を、分離壁２として使用してもよい。

かかるゲート付堰を分離壁２として使用する場合、ゲート付堰の設置位置（図１では左右方向の位置）を調整できるようにしておけば、排水空間１ｂの容量を調整することが可能となる。すると、冷却水を供給する設備を改修等した際に、適切な大きさの排水空間１ｂを貯水槽１に設けることができる。
また、ゲート付堰の設置位置を変更できない場合でも、ゲート付堰の高さを変更することによっても、排水空間１ｂの容量を変更することが可能となる。

なお、上述したようなゲート付堰であれば、貯水槽１などの液体が収容される空間を分離する分離壁以外にも使用することができる。つまり、一方の側から他方の側への液体の流れは許容するが逆は許容しないように液体の流れを制御する装置として使用することができる。例えば、防潮堤などにフラップ１０が海側に揺動するように設置すれば、押津波到来時には人手を介することなく通路を閉止する装置として、上述したゲート付堰を使用できる。

（作動確認機構）
上述した貯水槽１の分離壁２に設けられるフラップ１０は、通常、水中に浸漬された状態となっているので、フラップ１０の作動を確認するために、以下の機構を設けておくことが望ましい。

図４において、符号２１は、分離壁２の開口２ｈの上部に設けられた作動確認機構２０の本体部を示している。この本体部２１はプーリ２１ｒを備えており、このプーリ２１ｒにワイヤー２３が巻き掛けられている。このワイヤー２３は、その基端が分離壁２に沿って設けられた管２１ｐ内を通して貯水槽１の外部まで延びている。つまり、ワイヤー２３の基端を、貯水槽１の外部から操作できるようになっている。

一方、ワイヤー２３の先端には、連結部２２が取り付けられている。この連結部２２は、フラップ１０に連結離脱可能なものである。連結部２２はどのようなものを使用してもよいが、例えば、フラップ１０が金属であれば、連結部２２として電磁石を使用することができる。

この連結部２２と本体部２１との間には、付勢部材２４が設けられている。この付勢部材２４は、連結部２２を本体部２１から離間する方向（言い換えれば、連結部２２を分離壁２の開口２ｈから離間する方向）に付勢する機能を有するものである。例えば、バネやゴム、じゃばら等を付勢部材２４として使用することができる。

以上のごとき構成であるので、連通状態にあるフラップ１０に連結部２２を連結して、ワイヤー２３を基端側に引っ張れば、連結部２２とともにフラップ１０を分離壁２の開口２ｈに向けて引っ張ることができる。すると、ワイヤー２３を一定以上引っ張ることができたか否かで、フラップ１０が分離壁２ｈの開口に向かって揺動するか否か、つまり、フラップ１０が連通状態から遮断状態となるように揺動できるか否かを確認することができる。

一方、ワイヤー２３を引っ張ってフラップ１０を分離壁２の開口２ｈに向けて揺動させた状態からワイヤー２３を引っ張っていた力を除去すれば、付勢部材２４によって、連結部２２とともにフラップ１０を分離壁２の開口２ｈから離間するように押すことができる。すると、ワイヤー２３が先端に向けて一定以上移動した否かで、フラップ１０が分離壁２ｈの開口から離間する方向に揺動するか否か、つまり、フラップ１０が遮断状態から連通状態となるように揺動できるか否かを確認することができる。

以上のごとく、作動確認機構２０を設けておけば、連結部２２をフラップ１０に連結してワイヤー２３を引っ張ったり、逆に、ワイヤー２３を引っ張った状態から引張力を除去したりするだけで、フラップ１０が作動するか否かを確認することができる。しかも、ワイヤー２３の基端を貯水槽１の外部に配置しておけば、フラップ１０を水没させた状態でフラップ１０の作動確認ができるから、フラップ１０の作動確認が容易になる。

上述した、ワイヤー２３が特許請求の範囲にいう引張手段であるが、引張手段は連結部２２を分離壁２の開口２ｈに向けて引っ張ることができるものであればよく、とくに限定されない。例えば、水圧ピストンやリンク機構等を引張手段として使用することができる。

なお、作動確認機構２０の本体２１等にカメラを設けてもよい。この場合、ワイヤー２３の移動量だけでなく、画像でもフラップ１０の作動を確認できるので、好ましい。

（フラップ１０の他の用途）
上記例では、貯水槽１の分離壁２の開口２ｈにフラップ１０を設けた場合を説明した。しかし、フラップ１０は、上述したような機能を要求される用途であれば、どのような場所でも使用することができる。つまり、壁などによって分離された一対の空間を連通する開口であって、一方の空間から他方の空間への水流は許容するが、他方の空間から一方の空間への水流は許容しないことが要求される開口において、水流を制御するゲートとしてフラップ１０を採用することができる。

本発明の貯水槽を、冷却水として使用するために海水を一旦貯留する貯水槽として使用した場合において、津波の際における貯水槽の水位変動と、外部への海水の供給を維持できるか否かを計算によって確認した。

確認は、図１に示すような貯水槽において、津波による基準水位（津波水位）の変動が発生した場合において、フラップによる開口の開閉タイミングと、排水空間の水位（堰内水位）の変動を調べた。

なお、計算では、津波水位が正弦波で変動し、供給空間の水位は津波水位と同じであると仮定した。また、排水空間（堰内）からは、一定量の水（５０ｍ^３／ｍｉｎ）が排水されていると仮定した。

図５に結果を示す。
図５に示すように、引津波が発生して津波水位が堰（分離壁）よりも低くなると、短時間でフラップが作動して開口が閉じられていることが確認できる。そして、フラップが開口を閉じると、堰内水位は津波水位の影響を受けないことも確認できる。

また、津波水位が上昇して堰内水位よりも高くなると、フラップが作動して開口が開くことが確認できる。そして、開口が開くことによって、津波水位が上昇している間に、堰内水位を回復できることが確認できる。

そして、津波水位の変動とフラップの開閉によって堰内水位が変動しているものの、堰内水位はポンプ吸い込み口の高さよりも高く維持できており、外部への海水の供給を維持できていることが確認できる。

以上のように、分離壁の開口に本発明のフラップを備えた本発明の貯水槽であれば、引き津波が発生したとしても貯水槽内の水位を、外部に対する海水の供給を維持できる水位に保つことができることが確認された。

本発明の貯水槽は、発電所や工場などにおいて、海水や河川の水を一旦貯留して使用する貯水槽として適している。

１ 貯水槽
１ｈ 貯留空間
１ａ 供給空間
１ｂ 排水空間
２ 分離壁
２ｈ 開口
２ｓ シール部
１０ フラップ
１１ 本体
１２ ブラケット部
１３ 揺動軸
２０ 作動確認機構
２２ 連結部
２４ 付勢部材
ＷＬ 基準水位

Claims (8)

1. 水を貯留し得る貯留空間を有し、該貯留空間内を分離する分離壁を備えた貯水槽であって、
   該分離壁には、
   前記分離壁によって分離される一方の空間と他方の空間を連通する開口が形成されており、
   該分離壁は、
   上端が該分離壁に接近し鉛直方向に対して前記一方の空間側に傾いた状態で前記開口を閉じる遮断状態と、上端が前記分離壁から離れるように前記一方の空間側に揺動し前記開口を開く連通状態と、の間で揺動可能であるフラップを備えており、
   該フラップは、
   その揺動中心が、該フラップの上端部と下端部との間であって該フラップの下端側に位置しかつ前記開口の上端部と下端部との間に位置するように配設されており、
   その揺動中心より下方部分の重量がその揺動中心より上方部分の重量よりも重くなっており、
   前記一方の空間内の水位が前記他方の空間内の水位と同等以下の場合には前記連通状態に維持され、前記一方の空間から前記他方の空間に向かう水流が発生すると前記遮断状態となるように設けられている
   ことを特徴とする貯水槽。
2. 前記フラップは、
   前記連通状態において、水平方向に対して上傾した状態となるように設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の貯水槽。
3. 前記貯水槽は、
   前記貯留空間における前記一方の空間が海中に連通されており、前記他方の空間が該他方の空間から外部に水を排出する排水手段の排水口と連通されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の貯水槽。
4. 前記貯水槽は、
   前記分離壁における前記開口の上部に設けられた作動確認機構を備えており、
   該作動確認機構は、
   前記フラップに連結離脱可能な連結部と、
   該連結部を前記分離壁の開口に向けて引っ張る引張手段と、
   該連結部を前記分離壁の開口から離間する方向に付勢する付勢手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の貯水槽。
5. 液体が収容される一対の空間を連通する開口を連通遮断するゲートであって、
   該ゲートが、
   上端が前記開口に接近し鉛直方向に対して前記一対の空間の一方の空間側に傾いた状態で前記開口を閉じる遮断状態と、上端が前記開口から離れるように前記一方の空間側に揺動し前記開口を開く連通状態と、の間で揺動可能であるフラップを備えており、
   該フラップは、
   その揺動中心が、該フラップの上端部と下端部との間であって該フラップの下端側に位置しかつ前記開口の上端部と下端部との間に位置するように配設されており、
   その揺動中心より下方部分の重量がその揺動中心より上方部分の重量よりも重くなっており、
   前記一方の空間内の液位が他方の空間内の液位と同等以下の場合には前記連通状態に維持され、前記一方の空間から前記他方の空間に向かう液体の流れが発生すると前記遮断状態となるように設けられている
   ことを特徴とするフラップゲート。
6. 前記フラップは、
   前記連通状態において、水平方向に対して上傾した状態となるように設けられている
   ことを特徴とする請求項５記載のフラップゲート。
7. 前記開口の上部に設置される作動確認機構を備えており、
   該作動確認機構は、
   前記フラップに連結離脱可能な連結部と、
   該連結部を前記開口に向けて引っ張る引張手段と、
   該連結部を前記開口から離間する方向に付勢する付勢手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項５または６記載のフラップゲート。
8. 開口が形成された本体部と、
   該本体部の開口に設けられたフラップゲートと、を備えており、
   該フラップゲートが、
   請求項５、６または７のフラップゲートである
   ことを特徴とするゲート付堰。